Wissenschaft enthüllt, wie Obst die Reifung aufhält, bis die Zeit reif ist

Wer schon einmal versucht hat, ein Stück Obst reifen zu lassen, indem er es zusammen mit einer Banane in eine Tüte gesteckt hat, hat sich die Kraft des Ethylens zunutze gemacht.

Ethylen ist ein wichtiges Pflanzenhormon. In Bananen und vielen anderen Früchten steigt die Produktion von Ethylen sprunghaft an, wenn die Frucht bereit ist zu reifen. Dieser Anstieg löst die Verwandlung einer harten, grünen, stumpfen Frucht in ein zartes, buntes, süßes Ding aus, das zum Verzehr bereit ist.

Wissenschaftler haben die Rolle des Ethylens in der Pflanzenphysiologie seit mehr als einem Jahrhundert untersucht, und die Lebensmittelindustrie nutzt das Gas seit langem, um die Reifung zu manipulieren. Doch wie Früchte die Produktion des Hormons regulieren, war bisher ein Rätsel. Jetzt haben Wissenschaftler einen Hauptschalter gefunden, der die Pflanze dazu bringt, die Ethylenproduktion hochzufahren, wenn die Zeit reif ist.

In einer am Montag in Nature Plants veröffentlichten Studie fanden die Forscher heraus, dass dieser Hauptschalter verhindert, dass Gene, die mit der Reifung zusammenhängen, eingeschaltet werden, bevor die Zeit reif ist.

Das Umlegen des Hauptschalters „ist wie das Einschlagen des Glases bei einem Feueralarm“, sagt Studien-Koautor James Giovannoni, ein Pflanzen-Molekularbiologe am US-Landwirtschaftsministerium und der Cornell University. „

Der Schalter ist kritisch, weil eine zu frühe Reifung schlimme Folgen für die Pflanze haben kann – sie könnte ihre Chance verpassen, sich fortzupflanzen. Fleischige, leckere Früchte herzustellen ist eine Strategie: Das Ziel ist es, ein Tier dazu zu bringen, die Frucht zu fressen und die darin enthaltenen Samen zu verbreiten.

Wenn der Reifungsschalter ausgelöst wird, werden Gene aktiviert. Die Pflanze fährt die Zuckerproduktion in der Frucht hoch und beginnt mit der Bildung von süßlich riechenden Verbindungen, die die Nase des Tieres anlocken, und von Pigmenten, die das Auge des Tieres anlocken.

In einigen Früchten führt das Umlegen des Reifeschalters auch zur Aktivierung von Maschinen zur Herstellung von Ethylen. Die Reifung von Früchten geschieht nicht in einem Moment, sondern mit der Zeit. Sobald die Frucht anfängt, Ethylen zu synthetisieren, hält das Hormon alles, was eingeschaltet werden muss, eingeschaltet, um den Reifeprozess aufrechtzuerhalten.

Das erklärt, warum der Trick mit der Banane in der Tüte funktioniert und warum er manchmal nicht funktioniert. Wenn eine Frucht dem Ethylen ausgesetzt wird, lange bevor sie reif ist, wird es nicht viel bewirken. In der Tat kann es bei einigen Früchten die Reifung stören. Aber bei bestimmten Früchten wird die Exposition gegenüber dem Gas im kritischen Fenster die Reifung vorantreiben. Wir wissen jetzt, dass sich dieses Fenster bei Früchten wie Äpfeln, Bananen, Pfirsichen, Mangos, Birnen und Tomaten öffnet, wenn der Hauptschalter umgelegt wird. Bei Früchten, die Ethylen ignorieren, wie Weintrauben, Ananas und viele Beeren, funktioniert der Taschentrick nicht.

Die Steuerung, wann und wo Ethylen eingeschaltet wird, ist für die Pflanze ein heikler Balanceakt. Ethylen ist nicht nur an der Reifung beteiligt, es ist auch ein Stresshormon. Wenn ein Pflanzenteil wie ein Blatt angegriffen oder beschädigt wird, setzt Ethylen den Verfallsprozess in Gang, wodurch beschädigte Teile verwelken und amputiert werden.

Es sei intuitiv sinnvoll, dass Ethylen sowohl an der Reifung als auch am Verfall beteiligt ist, sagt Harry Klee, ein Experte für die Genetik und Biochemie von Früchten an der University of Florida in Gainesville, der nicht an der Studie beteiligt war.

„Die Reifung einer Frucht ist der Beginn des Verfalls“, sagt Klee. „Wir pflücken sie zufällig und essen sie in einem Stadium, in dem sie auf dem Weg ist, eine Tüte Brei zu werden.“

Menschen haben sich die reifenden Kräfte des Ethylens seit Jahrhunderten zunutze gemacht. Die alten Ägypter schnitten in Feigen, was die Freisetzung von Ethylen auslöste und den Reifungsprozess beschleunigte. Chinesische Bauern ließen Birnen reifen, indem sie Räucherstäbchen in den Lagerräumen der Birnen verbrannten. Das Sprichwort „ein fauler Apfel verdirbt alles“ bezieht sich darauf, dass das von einem verfaulenden Apfel freigesetzte Ethylen nahe gelegene Äpfel dazu veranlasst, ebenfalls zu reifen und schließlich zu verfaulen.

Eine entscheidende Beobachtung der stressbedingten Aktivität von Ethylen kam in den späten 1800er Jahren, als Wissenschaftler feststellten, dass das von Straßenlaternen ausgestoßene Gas nahe gelegene Bäume dazu veranlasste, zu verdorren und ihre Blätter abzuwerfen.

Heute manipulieren Obsthändler regelmäßig die Reifung von Früchten, die auf Ethylen reagieren. Bananen, Tomaten, Pfirsiche, Birnen und einige andere Früchte werden oft gepflückt, wenn sie fast reif sind. Diese Früchte werden versandt, wenn sie noch fest sind und nicht so leicht beschädigt werden können. Dann geben die Händler Ethylen in das Lagerhaus, in dem die Früchte gelagert werden, ab und lassen sie weiter reifen, bevor sie auf den Markt kommen. (Dies kann manchmal katastrophal sein, Ethylen ist brennbar und Explosionen in Obstlagern haben schon Menschen getötet).

Die Entdeckung des Reifeschalters könnte eine noch feinere Regulierung des Prozesses ermöglichen, sagt Klee. Und die Daten, die in der neuen Studie generiert wurden, könnten Forschern helfen, eine ganze Reihe anderer Fragen im Zusammenhang mit der Reifung zu untersuchen, einschließlich des Geschmacks.

Vor ein paar Jahren entdeckten Klee und seine Kollegen, warum Tomaten ihren Geschmack verlieren, wenn sie im Kühlschrank liegen: Die Abkühlung verändert die Aktivität wichtiger geschmacksrelevanter Gene. Die neue Studie legt nahe, dass ein ähnlicher Reifungsschalter der Schuldige für geschmacklose Früchte sein könnte.

Die Forschung könnte auch Züchtern helfen, die Reifung in Früchten zu verstehen, die weniger untersucht sind als Tomaten oder Bananen. Da die Wissenschaftler in der Lage waren, die Gene, die durch den Reifungsschalter aktiviert werden, genau zu bestimmen, können Züchter nun nach verschiedenen Versionen dieser Gene in wilden Populationen von Früchten suchen. Dies könnte zur Entdeckung neuer Sorten führen, die länger oder kürzer zum Reifen brauchen – die Art von Entdeckungen, die uns Früchte bringen, auch wenn sie außerhalb der Saison sind.

Die Erkennung, wann der Reifeschalter bereit ist, umgelegt zu werden, gibt den Erzeugern eine klarere Chance, das perfekte Reifefenster zu finden. Und wenn sie es auf eine Reihe von Früchten anwenden können, könnte das noch mehr Vielfalt für uns in den Supermarktregalen bedeuten.

Rachel Ehrenberg ist freie Journalistin und lebt in Boston. Sie schreibt über die Überschneidung von Wissenschaft, Ernährung, Menschen und Politik. Folgen Sie ihr auf Twitter.